CN1932778A - 一种对nand flash存储器进行虚拟空间管理的方法 - Google Patents

Abstract

一种对NAND flash存储器进行虚拟空间管理的方法，建立映射表，把虚拟的连续可用的逻辑块映射到非连续的可用物理块上，并把映射表存储到虚拟空间管理模块中，可以将不相关的各个程序模块的坏块处理部分省略，使它们只能够看到好用的逻辑块，而逻辑空间管理模块提供相应的坏块映射机制和根据逻辑块号找到对应的物理块号的功能，通过本方法，手机终端中很多软件模块可以避免重复考虑坏块处理问题，也避免了不能同时运行的两个终端程序在遇到都能访问的坏块时的复杂处理。

Description

一种对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法

技术领域

本发明涉及闪存存储器的技术领域，具体涉及到对NAND FLASH闪存存储器的物理块建立逻辑映射表来进行虚拟空间管理的方法。

背景技术

目前，随着科学技术的发展，更多、更好的存储介质被研发出来，使我们的生活发生着日新月异的变化。这些变化给移动通讯终端提供了更多的选择，更好的性能。存储器访问速度的提高以及存储空间的不断扩大，也使移动通讯终端具有更好的多媒体功能。为了得到更多的存储空间，并且价格更加便宜，NAND FLASH存储器应运而生。NAND FLASH存储器与NORFLASH存储器同属于闪存存储器，但是NAND FLASH存储器在移动通讯终端的大容量存储中有着更好的性能价格比，正在迅速的替代NOR存储器的地位。下面简单列举一下NAND FLASH和NORFLASH两种存储器的区别。

NOR FLASH：可以进行读写，能够ACCESS，也就是说，它上面存储的内容可以被执行。擦除方式按照block方式，写入方式按照word写入，永不损坏。

NAND FLASH：在低廉价格的前提下，可以使存储空间变得很大。NAND FLASH存储器可以进行读写，但是不能够ACCESS，也就是说，它上面存储的内容只能被装入到内存中才能够被执行。擦除方式按照block方式，写入方式按照page方式，一次必须写入一个page。

NAND FLASH存储器除了第一块block能够保证永不损坏外，其他的块均存在坏掉的可能性。一般来说，一个block有固定个字节，但是，这仅仅是寻址空间可以看到的地方，其实每一个block在最后还有一部分空间即备用区域是看不到的，它用来标示本块block是否已经损坏，防止读写时使用该坏块。

由于NAND FLASH存储器会随机地出现坏块，目前对坏块的处理，一般采用跳过该坏块的方法。即烧写FLASH时，发现某一块坏掉，终端烧写程序或者BOOT LOADER程序仅仅是跳到下一个可用块进行读写操作，这里的BOOT LOADER就是在操作***内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将***的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作***内核准备好正确的环境。

目前采取的这种跳过坏块的方法存在的缺点如下，由于坏块的存在，将本来应该写到某一地址的内容写到了下一个block，使得程序IMAGE(编译后的可执行程序影像文件)与烧写到NAND FLASH存储器里面的内容不能一一对应，即从整个NAND FLASH来看，存在许多“空洞”。然而随着移动通讯终端能力变得越来越强大，一些应用程序必须到指定地址去寻找内容，比如说某些应用要求读取地址0X00A00000的内容，这个地址是对应着NAND FLASH的第1块，而第1块恰好是坏块，这里地址0X00A00000内容被如上所说的跳过坏块的机制烧写到后面的某个块J中去了。因此，移动通讯终端的所有应用程序都必须有跳过坏块的处理机制，程序模块之间需要协作，这就使得终端程序做的很复杂。如随着3G的来临，FOTA(移动终端空中下载软件升级)功能又成为运营商必选的内容，需要终端程序能够在空中更新并且能够平滑的进行程序执行，这样，目前的坏块跳过的处理办法就难以满足3G终端的要求。

发明内容

本发明的目的就是提供一种对NAND FLASH存储器进行逻辑块虚拟空间管理的办法，通过该办法，能够屏蔽NAND FLASH存储器中的物理坏块，向上层应用软件模块提供统一的、连续的、可用的存储介质的操作方法。克服了传统的坏块跳过处理办法带来的终端程序复杂性的问题，能够简单快捷地解决终端程序下载和存储到存储器中的情况。

本发明包括以下步骤：

1)初始化NAND FLASH存储器，检测所有物理坏块；

2)建立映射表，把虚拟的连续可用的逻辑块映射到非连续的可用物理块上，并把映射表存储到虚拟空间管理模块中；

3)每个应用单元通过虚拟空间管理模块访问NAND FLASH存储器；

4)虚拟空间管理模块找到逻辑块对应的物理块，进行读、写和擦除操作。

在NAND FLASH的频繁操作使用过程中，也有可能产生坏块，因此对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，还包括以下步骤：

5)NAND FLASH存储器的物理块在读、写和擦除操作中出现错误，识别为坏块；

6)把逻辑块映射到一个可用且为空的物理块上，并把新的映射表存储到虚拟空间管理模块中；

7)逻辑块不变，重新找到新对应物理块，再次进行读、写和擦除操作。

在所述的映射表中，逻辑空间0块映射到物理空间0块，逻辑空间第N块映射到物理空间从第N块包括第N块开始的第一个可用的物理块，N大于等于1。即逻辑空间1块映射到物理空间时，如果物理空间第1块可用，则映射到物理空间第1块，如果物理空间第1块是坏块，则继续向下寻找直到可用的物理块。

NAND FLASH存储器中划出一部分作为预留存储区域，用于物理块在读写操作出现损坏时重新映射的存储物理块。

NAND FLASH存储器提供统一的读写控制接口，非同时运行的每个应用单元调用连续可用的NAND FLASH存储器逻辑块。采用NAND flash存储器作为数据存储装置的产品有手机、MP3、U盘、数码相机和PDA。

通过本发明，上层应用软件单元就可用把下层实际存在物理坏块的NAND FLASH存储器映射成统一的、连续的、可用的线性存储介质，上层应用软件软件这样就完全可以透明地去进行对NAND FLASH存储器的逻辑空间进行读取存储操作，而不必在各种应用软件单元中考虑复杂的坏块跳过问题了，本发明通过统一的读写控制接口，能够简单快捷地解决手机终端程序下载和存储。

附图说明

图1是存储器内逻辑块和物理块的映射关系示意图；

图2是运行应用出现坏块时，存储器逻辑块和物理块的映射关系示意图；

图3是虚拟空间管理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，虚拟内存管理模块中逻辑块和物理块的映射关系，是每一个逻辑块按照顺序映射到实际的物理块上，如果对应的物理块坏了，则映射到下一个物理块上，然后建立起一个映射表。例如在NAND FLASH存储器中存在坏块5、6、11等等。这样我们的逻辑地址的对应关系就会像下面这样，逻辑0对应物理0；逻辑1对应物理1；逻辑2对应物理2；逻辑3对应物理3；逻辑4对应物理4；逻辑5对应物理7；逻辑6对应物理8；逻辑N对应物理M。其中物理0块是保证不会坏掉的，而其他的物理块有会出现坏块的可能性，坏块分为两种，一种存储器生产出来后就存在的初始坏块，另一种是存储器的运行过程中出现的随机产生的坏块。

建立起NAND FLASH坏块映射表，并把逻辑块与实际物理块的映射关系以映射表的形式存储在NAND FLASH的固定位置上。这样就能够向上层应用提供统一的NAND FLASH读写控制接口，并向上层应用提供连续的逻辑地址空间。上层应用程序通过这些接口对NAND FLASH进行读写操作，在使用这些接口时，不必考虑NAND FLASH中实际坏块的存在，只是假定下层整个NAND FLASH是连续可用的。

初始坏块的检测，用烧写工具把相应IMAGE写到手机的NAND FLASH后，手机第一次开机BOOT LOADER运行时，BOOT LOADER中的逻辑空间管理模块部分启动并检测NAND FLASH的固定区域，该固定区域不在动态FLASH管理区域，即该区域不需要进行映射，这时映射表不存在。然后扫描NADN FLASH存储器，识别坏块，建立起逻辑空间与物理空间的映射表。

映射表的建立算法为：如果实际的NAND FLASH第N块坏，则逻辑FLASH空间第N块对应的就是从逻辑FLASH空间第N-1块对应的实际可用物理块开始的下一个可用的物理块。即：如果逻辑空间的第N-1块，映射到实际物理块的M块，则逻辑空间的第N块映射到从M+1(包括M+1)开始的第一个可用物理块。这里N大于等于1；N＝0时逻辑第0块，对应的实际的物理地址第0块，因为NAND FLASH保证第0块是可用的。

建成该映射关系之后(包括以后的手机开机)把该映射表保存到相应的固定区域。BOOTLOADER检测到相应的固定区域存在该映射表，根据映射表的映射关系，直接通过逻辑内存管理模块的相关读取接口线性连续的读取IMAGE加载到ram空间去运行(从第一块到第N块，连续线性)。到此时映射关系表依然如图1所示，之后的手机生命周期内那些更新NAND FLASH的应用软件可能会改变这种映射关系。

当FOTA等应用进行NAND FLASH的更新操作时，NAND FLASH这个时候也可能产生坏块。比如在进行某次FOTA前，映射关系如图1；当FOTA要求更新第5块，此时根据图1的映射关系，实际上是更新NAND FLASH的第7块，此时擦除第7块时，该块坏掉。

如图2所示，即FOTA过程中产生了新坏块的情况，这里没有办法把逻辑的第5块去映射到实际的NAND FLASH第8块，因为NAND FLASH的第8块是逻辑第6块的内容。于是把逻辑第5块映射到存储器预留区域的某个块内，这时把它映射到预留区域的下一个可用块K，然后修改映射表。

以下对预留区域做一下描述。预留区域是从NAND FLASH中保留的一块区域，一般来说，预留区域放置在NAND FLASH的末尾部分，该区域依然可能存在坏块，逻辑空间管理模块管理着该区域的下一个可用块NextAvailableBlock。当FOTA等模块需要从预留区域取可用块映射到逻辑空间时，就可以把块NextAvai lableBlock映射到逻辑空间，然后查找从该块开始下一个可用的块重新标记为NextAvailableBlock，以备下次FOTA等模块应用产生坏块时，就可以用该块映射。

如图3所示，虚拟空间管理流程是先进行步骤301，初始化NAND FLASH存储器，检测所有物理坏块；步骤302，建立映射表，把虚拟的连续可用的逻辑块映射到非连续的可用物理块上，并把映射表存储到虚拟空间管理模块中；步骤303，主程序运行，将空间管理模块存储区中的内容load到ram中；步骤304，每个应用单元通过虚拟空间管理模块访问NAND FLASH存储器，虚拟空间管理模块找到逻辑块对应的物理块，进行读、写和擦除操作；步骤305，可以顺利进行操作；步骤306，如果NAND FLASH存储器的物理块在读、写和擦除操作中出现错误，识别为坏块，把逻辑块映射到一个可用且为空的物理块上，并把新的映射表存储到虚拟空间管理模块中，逻辑块不变，重新找到新对应物理块，再次进行读、写和擦除操作直到操作成功。

比如上层应用程序需要读取、擦除或者写入数据到第blocknum_M块，这时只需要使用逻辑地址空间调用响应的函数接口如：ReadBlock(blocknum_M，buffer)；EraseBlock(blocknum_M)；WriteBlock(blocknum_M，buffer)；这里的第blocknum_M块是存储器中的逻辑块，而不需要关心下层NAND FLASH的第blocknum_M块具体的物理块是坏块还是可用块。逻辑空间管理模块进行相应的算法运算，把上层应用的操作要求从NAND FLASH连续的逻辑块映射到相应的物理块，完成上层要求的操作。

本发明通过统一的读写控制接口，把下层实际存在物理坏块的NAND FLASH存储器映射成统一的、连续的、可用的线性存储介质，上层应用软件软件可以透明地去进行对NAND FLASH存储器的逻辑空间进行读取存储操作，而不必再考虑复杂的坏块跳过问题了，应用虚拟空间管理模块能够简单快捷地解决手机终端程序下载和存储。

Claims (6)

1.一种对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)初始化NAND FLASH存储器，检测所有物理坏块；

2)建立映射表，把虚拟的连续可用的逻辑块映射到非连续的可用物理块上，并把映射表存储到虚拟空间管理模块中；

3)每个应用单元通过虚拟空间管理模块访问NAND FLASH存储器；

4)虚拟空间管理模块找到逻辑块对应的物理块，进行读、写和擦除操作。

2.根据权利要求1所述的对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于还包括以下步骤：

5)NAND FLASH存储器的物理块在读、写和擦除操作中出现错误，识别为坏块；

6)把逻辑块映射到一个可用且为空的物理块上，并把新的映射表存储到虚拟空间管理模块中；

7)逻辑块不变，重新找到新对应物理块，再次进行读、写和擦除操作。

3.根据权利要求1所述的对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于所述的映射表中，逻辑空间0块映射到物理空间0块，逻辑空间第N块映射到物理空间从第N块包括第N块开始的第一个可用的物理块，N大于等于1。

4.根据权利要求1或2所述的对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于NAND FLASH存储器提供统一的读写控制接口，非同时运行的每个应用单元调用连续可用的NAND FLASH存储器逻辑块。

5.根据权利要求1至3中任一个权利要求所述的对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于NAND FLASH存储器中划出一部分作为预留存储区域，用于物理块在读写操作出现损坏时重新映射的存储物理块。

6.根据权利要求1至3中任一个权利要求所述的对NAND FLASH存储器进行虚拟空间管理的方法，其特征在于采用NAND flash存储器作为数据存储装置的产品有手机、MP3、U盘、数码相机和PDA。